SOBRE COMBUSTIBLES FÓSILES
CARBÓN Y PETRÓLEO, HERMANOS INSEPARABLES PARA LA VIDA COMO LA CONOCEMOS HOY.
¿Cuál es la incidencia del carbón, nuestra dependencia como consecuencias?
“El carbón tiene muchos usos importantes en todo el mundo. Los usos más importantes son la producción de electricidad, la producción de acero, la fabricación de cemento y otros procesos industriales, así como combustible líquido.”
BREVE SÍNTESIS SOBRE LA HISTORIA DEL CARBÓN
El carbón tiene una historia larga y variada. Algunos historiadores creen que el carbón comenzó a utilizarse comercialmente en China.
Hay indicios de una mina situada en el noroeste de China que suministr aba carbón par a fundiciones de cobre y para la fabricación de monedas hacia el año 1000 AC. Una de las primeras referencias conocidas al carbón fue realizada por el lósofo y cientíco griego Aristóteles, que hacía referencia a una roca similar al carbón vegetal. Se han encontrado restos de carbón entre las ruinas romanas en Inglaterr a, lo que indica que los romanos utilizaban la energía del carbón desde antes del 400 DC. En las crónicas de la Edad Media se habla de la extracción de carbón en Europa, e incluso del comercio internacional desde las costas inglesas hacia Bélgica.
Fue durante la re volución industrial en los siglos XVIII y XIX cuando aumentó la demanda de carbón. Las mejor as en el motor de vapor de James Watt, patentado en 1769, fueron las responsables principales del crecimiento del uso del carbón. La historia de la extracción y el uso del carbón está totalmente vinculada a la de la re volución industrial: la producción de acero, el ferrocarril y los barcos a vapor.
El carbón también se utilizó para producir gas para iluminar muchas ciudades, lo que se denominó el “gas ciudad”. Este proceso de gasicación vio el crecimiento del uso de la luz de gas en zonas metropolitanas a comienzos del siglo XIX, especialmente en Londres. El uso del gas de carbón en la iluminación de las calles acabó siendo sustituido tras la irrupción de la er a industrial.
Con el desarrollo de la energía eléctrica en el siglo XIX, el futuro del carbón fue acercándose a la generación de electricidad. La primera central eléctrica de combustión de carbón real, desarrollada por Thomas Edison, entró en funcionamiento en Nue va York en 1882, proporcionando electricidad a las luces domésticas. El petróleo sustituyó al carbón como principal fuente de energía primaria en los años 60, con el rápido crecimiento del sector del transporte. El carbón aún sigue siendo fundamental en el conjunto energético del planeta, cubriendo el 23,5% de las necesidades energéticas primarias en 2002, el 39% de la electricidad en todo el mundo, más del doble que la siguiente fuente energética, y un esencial 64% en la producción mundial de acero.
¿Cómo se convierte el CARBÓN en ELECTRICIDAD?
La vida moderna no puede imaginarse sin electricidad. Ilumina casas, edicios, calles, proporciona calor doméstico e industrial, y alimenta la mayoría de los aparatos utilizados en los hogares, ocinas y máquinas de la industria. Mejorar el acceso a la electricidad en todo el mundo es un factor clave para disminuir la pobreza. Resulta sorprendente pensar que 1.600 millones de personas en todo el mundo, el 27% de la población mundial, no tienen acceso a la electricidad.
El carbón térmico se utiliza en las centrales eléctricas para generar electricidad. Las primeras centrales eléctricas convencionales de combustión de carbón utilizaban carbón grueso, que se quemaba en la parrilla de una caldera para generar vapor. En la actualidad, el carbón se muele primero par a conseguir un polv o no, lo que aumenta el área de supercie, haciendo que se queme más rápidamente. En estos sistemas de combustión de carbón pulverizado (PCC), el carbón en polvo se insu-a a la cámara de combustión de una caldera en donde se quema a una alta temperatura. Los gases calientes y la energía caloríca producida convierte el agua, que pasa por unos tubos que rodean la caldera, en vapor. El vapor de alta presión es conducido hasta la turbina, que contiene miles de aspas tipo propulsor. El vapor presiona estas aspas, haciendo que el eje de la turbina gire a gran velocidad. Hay un generador montado en un extremo del eje de la turbina y consta de varias bobinas de cable. La electricidad se genera cuando estas bobinas giran rápidamente en un campo magnético fuerte. Después de pasar por la turbina, el vapor se condensa y regresa a la caldera para volver a ser calentado.
La electricidad generada se transforma en tensión alta, hasta 400.000 voltios, y se utiliza para una transmisión económica y ecaz a través de las líneas de alta tensión. Cuando está cerca de llegar al punto de consumo, como nuestros hogares, la electricidad se tr ansforma en sistemas de tensión de entre 100 y 250 voltios, más seguros, que se utilizan en el mercado doméstico.
La moderna tecnología PCC está muy desarrollada y supone más del 90% de la capacidad de combustión de carbón en todo el mundo. Siguen realizándose mejoras en el diseño de centrales eléctricas PCC convencionales y se están desarrollando nuevas técnicas de combustión. Estos desarrollos permiten producir más electricidad a partir de menos cantidad de carbón; a esto se le conoce como mejora de la ecacia térmica del las centrales de polvo de carbón.
IMPORTANCIA DE LA ELECTRICIDAD EN TODO EL MUNDO
El acceso a la energía, y especialmente a la electricidad, es una fuerza impulsora del desarrollo económico y social. Un acceso able y asequible a la electricidad resulta esencial para mejorar la salud pública, proporcionar servicios de información y educación modernos, y evitar que la gente deba dedicarse a trabajos de subsistencia, como conseguir combustible. Cerca de 2.400 millones de personas siguen utilizando los primitivos combustibles de biomasa, como la madera o el estiércol, para cocinar y calentarse. Mejorar el acceso a la electricidad y permitir que la gente no tenga que utilizar el quemado de combustibles en sus casas tendría un enorme impacto sanitario. La Organización Mundial de la Salud ha estimado que el humo producido por el quemado de combustibles sólidos en espacios cerrados es el responsable de 1,6 millones de muertes cada año en los países más pobres del mundo.
Mejor ar el acceso a la energía también ayuda al desarrollo económico:
- Mano de obra que de otro modo estaría buscando combustible puede ser más productiva en el sector de la agricultura o en el de la industria. Esto aumenta el nivel de ingresos familiares, la cantidad de mano de obra y la capacidad productiva de las economías en desarrollo.
- La recogida intensiva de biomasa como combustible doméstico degrada la productividad de la tierra agrícola en muchos casos, debido a la desertización (al talar árboles) o al privar al suelo de nutrientes (al recoger el estiércol animal).
- La combustión inecaz de combustibles no convencionales, especialmente en casas sin chimeneas, crea complicaciones sanitarias. El acercar las fuentes de energía modernas, como la electricidad, a los hogares, mejora la salud y la productividad.
- La provisión de electricidad doméstica para el uso de electrodomésticos modernos, como lavadoras, e iluminación, mejora la productividad del tr abajo doméstico y el aumento del tiempo libre.
El carbón suministra en la actualidad el 39% de la electricidad de todo el mundo. En muchos países, este papel es mucho más rele vante. La posibilidad de un suministro de bajo coste de carbón en los países desarrollados y en los que están en vías de desarrollo ha sido vital par a lograr unos niveles altos de electricación. En China, por ejemplo, 700 millones de personas se han conectado a la red eléctrica durante los últimos 15 años. El país está ahora electricado en 99%, siendo el 77% de esta electricidad producida en centrales eléctricas de combustión de carbón.
El carbón en la producción de hierro y acero
El acero resulta esencial en la vida diaria: coches, trenes, edicios, barcos, puentes, neveras equipos médicos, son ejemplos de productos fabricados en acero. Resulta vital para las máquinas que crean casi todos los productos que utilizamos en la actualidad. El carbón es esencial para la producción de hierro y acero; cerca del 64% de la producción de acero en todo el mundo proviene del hierro fundido en altos hornos que utilizan carbón. La producción mundial de acero en crudo fue de 965 millones de toneladas en 2003, utilizando cerca de 543 Mt de carbón.
Materias primas
En los altos hornos se utiliza miner al de hierro, coque (extr aído de los carbones de coque) y pequeñas cantidades de piedra caliza. Algunos hornos utilizan carbón térmico, más barato, conocido como carbón pulverizado (PCI), con el objetivo de reducir costes. El mineral de hierro es un mineral que contiene óxidos de hierro. El miner al comercial suele tener un contenido de hierro, como mínimo, del 58%. El mineral de hierro se e xtr ae en unos 50 países; los siete productores principales suponen el 75% de la producción mundial. Cerca del 98% del mineral de hierro se utiliza en la producción de acero.
El coque se crea a partir de los carbones de coque, que tienen ciertas propiedades físicas que hacen que se ablanden, se licuen y después se vuelvan a solidicar en fragmentos duros pero porosos cuando se calientan en ausencia de aire. Los carbones de coque deben tener también un bajo nivel de azufre y fósforo, al ser relativamente escasos, son más caros que los carbones térmicos utilizados para la generación de electricidad. El carbón de coque se tritura y se lava. En ese momento se “purica” o “carbonica” en una serie de hornos de coque, conocidos como baterías. Durante este proceso, los productos derivados se eliminan y se produce le coque.
Altos hornos
Las materias primas: el miner al de hierro, el coque y los fundentes (minerales como la piedra caliza que se utilizan para recoger las impurezas), se introducen en la parte superior del alto horno. El aire se calienta a unos 1.200°C y se introduce en la chimenea a través de las toberas de la sección inferior. El aire hace que el coque se queme produciendo monóxido de carbono, lo que desencadena la reacción química. El mineral de hierro se reduce a hierro fundido al eliminar el oxígeno. Una compuerta situada en la parte inferior de la chimenea se abre periódicamente para retirar el hierro fundido y la escoria.
Se conduce a un horno de o xígeno básico (BOF) donde se añade escoria de acero y más piedra caliza, añadiendo también oxígeno puro al 99% a la mezcla. La reacción con el oxígeno eleva la temperatura hasta los 1.700°C, oxida las impurezas y deja salir acero líquido casi puro. 0,63 toneladas (630 kg) de coque producen 1 tonelada (1.000 kg) de acero. Los hornos de o xígeno básico producen actualmente el 64% del acero consumido en todo el mundo. Otro 33% del acero se produce en hornos de arco eléctrico (EAF). Los EAFs se utilizan par a producir acero a partir de metal reutilizado. Si el acero está disponible, este método es más barato que el del horno tradicional. El horno de arco eléctrico se carga con hierro y escoria de acero. Hay unos electrodos en el horno y cuando se activan producen un arco de electricidad. La energía del arco eleva la temperatura hasta 1.600°C, fundiendo la escoria y produciendo acero fundido.
La mayoría de la electricidad utilizada en un EAF proviene del carbón. El desarrollo de la industria del acero ha permitido utilizar la tecnología de “inyección de carbón pulverizado”. Esto permite la inyección directa de carbón en el alto horno. Pueden utilizarse diferentes carbones en el PCI, incluyendo carbón térmico. El acero es 100% reciclable, con unos 383 Mt de acero reciclado utilizado en 2003 y cerca de 400 Mt en 2004. El proceso BOF utiliza hasta un 30% de acero reciclado y cerca del 90-100% se utiliza en la producción de EAF . Los subproductos del hierro y el acero también pueden reciclarse, por ejemplo, las escorias pueden solidicarse, tritur arse y usarse en combinados minerales, carreteras y cemento.
LICUEFACCIÓN DEL CARBÓN
En varios países el carbón se convierte en un combustible líquido, a este proceso se le denomina licuefacción. El combustible líquido puede renarse para producir combustible de transporte y otros productos derivados del petróleo, como plásticos y disolventes. Existen dos métodos principales de licuefacción:
- La licuefacción directa de carbón: en la que el carbón se convierte en combustible líquido en un único proceso;
- La licuefacción indirecta de carbón: en la que el carbón primero se gasica y después se convierte en líquido.
De este modo, el carbón puede actuar como sustituto del petróleo, un valor importante en un mundo cada vez más preocupado con la seguridad energética. La rentabilidad de la licuefacción del carbón depende en gran medida del precio del petróleo, con el que, en una economía abierta de mercado, debe competir . Si el precio del petróleo es alto, la licuefacción pasa a ser competitiva.
Ha habido algunos ejemplos en el pasado en los que la ausencia en un país de fuentes fiables y seguras de petróleo han forzado la producción a gran escala de combustibles líquidos derivados del carbón. Alemania produjo grandes cantidades de combustibles derivados del carbón durante la Segunda Guerra Mundial, igual que Sudáfrica entre los años 50 y 80. Sudáfrica sigue produciendo a gran escala combustibles líquidos en la actualidad.
El único proceso de licuef acción comercial de carbón el funcionamiento en todo el mundo es el proceso Sasol indirecto (Fischer-Tropsch). Suráfrica es el líder mundial en tecnologías de licuefacción de carbón. Es el país que más ha invertido en investigación y desarrollo de estas técnicas y actualmente suministra un tercio de sus necesidades nacionales de combustible líquido a partir del carbón. China también está experimentando un crecimiento de la licuefacción de carbón como forma de utilizar las enormes reservas del país y reducir la dependencia del petróleo importado.
CARBÓN Y CEMENTO
El cemento es un elemento fundamental en la industria de la construcción. Mezclado con agua y grava forma el hormigón, el elemento básico de construcción en la sociedad moderna. Se producen más de 1.350 millones de toneladas de cemento cada año. El cemento se logra mediante una mezcla de carbonato cálcico (generalmente piedra caliza), silicio, óxido férrico y alumina. Un horno de alta temper atur a, normalmente alimentado con carbón, calienta las materias primas hasta su fundición parcial a 1.450°C, transformándolas química y físicamente en una sustancia denominada “clinker”.
Este material gris en forma de guijarro consta de compuestos especiales que coneren al cemento su capacidad de unión. El clinker se mezcla con yeso y tierra hasta formar un polvo no para producir cemento. El carbón se utiliza como fuente de energía para la producción de cemento. Se necesitan gr andes cantidades de energía para producir cemento. Los hornos suelen quemar carbón en forma de polvo y consumen unos 450 g de carbón por cada 900 g de cemento producido. El carbón seguirá siendo un factor importante para la producción de cemento en los próximos años.
Los productos de combustión del carbón (CCP) también juegan un papel importante en la producción de cemento. Los CCP son los subproductos generados al quemar carbón en las centrales eléctricas de combustión de carbón. Estos subproductos incluy en cenizas en suspensión, cenizas de suelo, escoria de caldera y yeso de desulfurización de gases. Las cenizas en suspensión, por ejemplo, pueden utilizarse para sustituir o complementar al cemento en el hormigón. El reciclaje de los productos derivados de la combustión del carbón resultan beneciosos para el medio ambiente, ya que sirven para sustituir materias primas primarias.
Otros usos del Carbón…
Otros usuarios importantes del carbón son las renerías de alumina, los fabricantes de papel y las industrias químicas y farmacéuticas. Algunos productos químicos pueden producirse a partir de subproductos del carbón. La masa de carbón renada se utiliza en la fabricación de productos químicos, como la creosota, la naftalina, el fenol y el benceno. El gas de amoníaco recuper ado de los hornos de coque se utiliza para fabricar sales de amoníaco, ácido nítrico y fertilizantes agrícolas. Miles de productos diferentes tienen al carbón o alguno de sus subproductos como componentes:
jabón, aspirinas, disolventes, tintes, plásticos y bras, como el rayón y el nailon.
El carbón también es parte esencial de la producción de productos especializados:
- Carbono activo: utilizado en litros de agua y aire, así como en máquinas de diálisis.
- Fibra de carbono: un material de refuerzo extremadamente resistente y ligera utilizado en construcción, bicicletas de montaña y raquetas de tenis.
- Metal de silicio: utilizado para fabricar silicios y silanos, que a su vez se utilizan para la fabricación de lubricantes, repelentes de agua, resinas, cosméticos, champú y pasta de dientes.
Siguen desarrollándose tecnologías para mejorar el rendimiento medioambiental de las centrales eléctricas alimentadas con carbón: la central eléctrica alimentada con carbón de Nordjyllandsværket, Dinamarca, tiene un nivel de ecacia del 47%.
Fotografía cedida por cortesía de Elsam. Fotógrafo: Gert Jensen.
Por
Francisca Compan
FUENTE: “USOS DEL CARBÓN”
URL: httpwww.carbunion.companelcarbonuploadsusos_carbon_4.pdf
Via TWO
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